化工工艺学(第三版) 全套课件.pptx

化工工艺学;1.1 概述 1.1.1 氨在国民经济中的作用和发展概况 氮是蛋白质的基本元素，没有氮就没有生命。空气中虽然有大量的氮(约79%)，但呈游离状态，必须先将它转变为氮的化合物才能被动植物吸收。将空气中的氮转变为氮化合物的过程称为固定氮，20世纪初所提出的合成氨法，就是固定空气中氮的一种方法。;1.1.2 生产方法简介 (1)造气：即制备含有氢、氮的原料气； (2)净化：不论采用何种原料和何种方法造气，原料气中都含有对合成氨反应过程有害的各种杂质，必须采取适当的方法除去这些杂质； (3)压缩和合成：将合格的氮、氢混合气压缩到高压，在铁催化剂的存在下合成氨。;1.2 原料气的制取 ;1.2.1 甲烷蒸气转化反应的热力学分析 (1)反应平衡常数 ;(2)平衡组成 (3)影响甲烷蒸气转化平衡组成的因素 影响甲烷蒸气转化平衡组成的因素有温度、压力和水碳比(原料气中水蒸气对甲烷的摩尔比)，影响关系如图1.3所示。 ;1.2.2 甲烷蒸气转化反应的动力学分析 (1)动力学方程式 (2)扩散作用对甲烷蒸气转化反应的影响 ;1.2.3 过程析碳及处理 1.2.4 气态烃类蒸气转 化催化剂 1.2.5 甲烷蒸气转化的 生产方式 1)甲烷蒸气转化的二段 转化 2)甲烷蒸气转化的工艺条件 ;(1)压力 (2)温度 (3)原料配料中的水碳比 (4)空间速度 3)工艺流程 目前采用的甲烷蒸气转化法有美国凯洛格法、英国帝国化学公司ICI法、丹麦托普索法等等。;4)主要设备 (1)一段转化炉 ;(2)二段转化炉;1.3 原料气的净化 1.3.1 原料气的脱硫 1)干法脱硫 (1)氧化锌法脱硫 ;(2)钴-钼加氢脱硫法 ;2)湿法脱硫;1.3.2 一氧化碳变换 1)变换反应热力学 2)变换反应动力学 (1)一级反应 ; (2)二级反应 3)催化剂 (1)中变催化剂 只有在催化剂存在时，一氧化碳变换反应速度才能满足工业生产的要求。; (2)低变催化剂 4)变换过程工艺条件 (1)温度 ; (2)压力 (3)水蒸气比例 5)变换反应的工艺流程 (1)中变-低变串联流程 (2)多段变换流程;1.3.3 二氧化碳的脱除 ;1)苯菲尔法脱碳 ;2)含砷热钾碱法(G-V法)脱碳 ;1.3.4 少量一氧化碳的脱除;1.4 氨的合成 1.4.1 氨合成反应的热力学基础 1)化学平衡;2)平衡氨摩尔分数 3)影响平衡氨摩尔分数的因素;(1)氢氮比的影响 (2)惰性气体体积分数的影响;4)反应热的计算 ;1.4.2 氨合成反应的动力学基础 对氨合成反应来说，若无催化剂存在，即使在几百个大气压和几百度的温度下进行反应，其速度也极其缓慢。在实际生产中，为了提高氨合成反应的速度，必须在催化剂存在的条件下进行反应。为此，应首先了解在有催化剂存在的条件下，氨合成反应的机理，进而研究其速度方程。 1)催化剂 (1)催化剂的化学成分和作用 ;(2)催化剂的还原与使用 2)反应机理与动力学方程 ;3)影响反应速度的因素 (1)空间速度 (2)温度;(3)压力 (4)氢氮混合气体的组成 1.4.3 氨的合成工艺与设备 1)最佳工艺条件的选择 (1)压力 (2)温度;(3)空间速度 ;2)氨的分离及合成流程 (1)氨分离的方法 ①冷凝法 (2)合成氨流程 3)氨合成塔 (1)结构特点及基本要求;(2)冷管式合成塔 这一类型合成塔是在催化剂床层中设置换热管(冷管)，管外是催化剂层，管内流过的是合成原料气。;(3)冷激式合成塔;4)氨合成过程的热能回收 ;2.1 氮 肥 2.1.1 尿素 2.1.1.1 主要性质和用途 1)物理性质 2)化学性质 3)用途;2.1.1.2 尿素生产基本原理 1)尿素合成反应的化学平衡 尿素工业生产的方法是由氨和二氧化碳在液相中反应合成，两种原料均可来自合成氨厂，所以尿素装置一般与合成氨装置相配套。在工业生产条件下，氨与二氧化碳在液相中合成尿素的反应通常认为是两步完成的：;2)影响尿素合成反应化学平衡的因素 (1)温度的影响;(2)组成的影响 (3)压力的影响;3)尿素合成过程的相平衡 ;4)尿素合成反应的动力学 5)未反应物的回收及副反应 (1)未反应物的回收;(2)尿素合成的副反应 2.1.1.3 尿素生产工艺流程 常见尿素生产工艺有传统水溶液全循环法、荷兰Stamicarbon(斯塔米卡邦) CO2气提法、意大利Snamprogetti(斯纳姆普罗盖蒂)氨气提法、日本改良C法和ACES法等。这里介绍在我国应用最多的前3种工艺。 1)传统水溶液全循环法工艺流程;2)气提法尿素生产工艺流程 (1)气提原理 气提法是对全循环法的发展，在简化流程、热能回收、延长运转周期和减少生产成本等方面比全循环